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1、 A Prof. Dong Shurong ESD Lab of Zhejiang UniversitySupported by IEEE, ESDA and ZJUFoundation of On-chip ESD ProtectionDate1共 38 页55页OutlineChapter 1, IntroductionChapter 2, ESD Measurement 对于输入一般是接在MOS的栅极，非常容易击穿。所以一般需要设计主-次两 极ESD保护电路。如下图:Date40共 38 页55页Chapter 4, ESD PROTECTION CIRCUIT Input Unit D
2、esignGC SCRZener SCRBJTNMOSDate41共 38 页55页Chapter 4, ESD PROTECTION CIRCUIT Output Unit Design不同于输入保护考虑栅氧击穿，对于输出保护，需要考虑S/D结击穿和热击穿。 一般多晶硅在表面，做阻抗散热差，选择扩散电阻较好，如右图使用N阱作雪崩 电阻。NMOS保护正的ESD冲击，寄生的P阱/N+结保护负的ESD冲击，如右图Date42共 38 页55页Chapter 4, ESD PROTECTION CIRCUIT power Clamp Design只需要考虑正向的ESD脉冲，因为本身在电源双轨上就有很
3、大电流承受能力，所 以容易设计，一般可以使用二极管，要求高的可以使用SCR、FOD等，如：Date43共 38 页55页1，Mixed-Signal Circuit ESD Protection Design2 ，RF Circuit ESD Protection Design3 ，Whole-Chip ESD Protection Design4 ，Layout of ESD Protection Unit5 ，ESDCircuit Interaction6, SimulationChapter 5, Advanced ESD Protection DesignDate44共 38 页55页
4、Chapter 5, Advanced ESD Protection Mixed-Signal Circuit Design对于混合信号电路，存在两个问题：在一片混合信号电路IC上，一般由多个VDD VSS，如数字、模拟、信号 的等等，需要对没有个设计ESD保护指标和电路。由于存在基底噪声，很容易误触发ESD保护电路，例如，dV/dt,导致芯片 误操作。Date45共 38 页55页Chapter 5, Advanced ESD Protection RF Circuit Design对于射频电路存在问题是：ESD保护电路的寄生问题，一般NMOSBJT电容较大，二极管SCR电容较小，射频信号对
5、ESD保护电路的误触发问题，例如下图，SCR的P阱/N基底结电容， 会耦合射频信号，导致产生基地电流，偏置Q1，使得SCR工作在正常RF信号时 打开。Date46共 38 页55页Chapter 5, Advanced ESD Protection Whole-Chip DesignDate47共 38 页55页Chapter 5, Advanced ESD Protection Layout多指条设计时，很难保证指条同时触发，甚至直到It2，有些指条也不会触发，避 免这种情况的方法，一个是使用GCNMOS，就是用电容耦合来保证，同时也可 以在LAYOUT上下功夫，对指条的宽长比，指条分布以及
6、pad位置等进行调整， 例如TSMC patent : gnd 选在源区中间。例如改变各沟道长度，变化触发电压。为保证各指条均匀的承担泄流任务，让电流均匀的在硅片体内流动，也需要对 LAYOUT进行设计，如下图TSMC UMCDate48共 38 页55页Chapter 5, Advanced ESD Protection LayoutESDModified ESD diodep+n+p+n+foxfoxfoxp+n+p+p+n+n+Original structureModified structureBe care this distanceDate49共 38 页55页考虑低的放电阻抗和
7、与隔离环的寄生 最大化二极管的雪崩放电区Chapter 5, Advanced ESD Protection LayoutDate50共 38 页55页典型BJT结构 典型GGNMOS 典型FODChapter 5, Advanced ESD Protection LayoutDate51共 38 页55页典型LVSCR结构 典型GGNMOS-SCR Chapter 5, Advanced ESD Protection LayoutDate52共 38 页55页几种NMOS模型Chapter 6, ESD Modeling & Simulation ModelingDate53共 38 页55
8、页电路-器件混合模型仿真Chapter 6, ESD Modeling & Simulation ModelingDate54共 38 页55页简介浙江大学ESD实验室是我国最完善的芯片ESD设计专业 实验室， ESD实验室是在国际静电协会(ESDA)、 IEEE、美 国UCF大学、中国985计划和浙江大学联合支持建立的。实 验室有全面的ESD检测仪器设备和软件平台，先后为 Intel/Intersile /Analog/FairChild/Honeywell/HHNEC/SMIC等 提供过ESD设计，设计方案在包括Intel P4 CPU等许多产品 中得到应用。ESD实验室承接各种电路的ESD保护设计！ 联系方法： 中国：0571-87951705-306,204(or 013858190316)韩雁/董树荣 美国：01-407-761-3102 J.J.liouTHANKS!Date55共 38 页55页
